ТУРБИННЫЙ РАСХОДОМЕР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА Российский патент 1999 года по МПК G01F1/75 

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для измерения скорости и направления потока и может быть использовано для измерений в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС при высоких температурах и давлениях, характерных для этого оборудования.

Известна конструкция турбинного расходомера, основанная на измерении скорости потока по скорости вращения крыльчатки, содержащая корпус датчика, ось, крыльчатку из магнитно-мягкого материала, укрепленную на оси, подшипниковый узел, состоящий из металлического цилиндрического подпятника и металлического сферического подшипника, корпус катушки, прикрепленный к корпусу датчика, крышку корпуса катушки, катушку с обмоткой, трубку вывода проводов обмотки, прикрепленную к корпусу катушки, большой магнит, размещенный в центре катушки, малый магнит, размещенный на периферии катушки, траверсы для крепления подпятника к корпусу датчика (см. например: Корольков Б.М., Данц В.Г., Белов В.И., Некрасов А.В., Пикус В.Ю. "Тахометрические расходомеры для измерения параметров циркуляции в парогенераторах", Тяжелое машиностроение, 1990 г., N 12, с.8).

К недостаткам описанной конструкции следует отнести то, что применение описанной конструкции подшипникового узла обеспечивает скорость момента трогания только с 0,1-0,15 м/с, т.е. в области малых скоростей потока, расходомер имеет малую чувствительность. Кроме того, установка большого магнита в центре катушки, а малого магнита на ее периферии при малых амплитудах сигнала (малой скорости потока) приводит к сглаживанию дополнительного импульса и к трудности определения направления потока.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является турбинный расходомер, содержащий корпус датчика, ось, крыльчатку с лопастями из магнитно-мягкого материала, укрепленную на оси, подшипниковый узел с корундовым коническим подпятником и игольчатым подшипником из нержавеющей стали, корпус катушки, прикрепленный к корпусу датчика, крышку корпуса катушки, катушку с обмоткой, трубку вывода проводов обмотки, прикрепленную к корпусу катушки, большой магнит, установленный в центре катушки, малый магнит, установленный на периферии катушки, траверсы для крепления подпятника к корпусу датчика (см. например: Дубровский И. С., Калмыков И.И. "Гидродинамические вертушки для измерения скорости движения жидкости", Теплоэнергетика, 1967 г., N 9, с.91).

Недостатком этого устройства является ограниченный ресурс его работы, обусловленный интенсивным изнашиванием корундового подпятника подшипникового узла при высоком давлении и температуре потока. Кроме того, установка большого магнита в центре катушки, а малого магнита на ее периферии при малых амплитудах сигнала (малой скорости потока) приводит к сглаживанию дополнительного импульса и к трудности определения направления потока.

Задачей технического решения является создание расходомера, позволяющего повысить эффективность его работы за счет повышения надежности и повышения чувствительности измерений в определении направления потока при малых скоростях потока за счет уменьшения скорости момента трогания подшипникового узла и возможности увеличения амплитуды сигнала при малых скоростях потока.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в турбинном расходомере, содержащем корпус датчика, ось, крыльчатку с лопастями из магнитно-мягкого материала, укрепленную на оси, подшипниковый узел с коническим подпятником и игольчатым подшипником, корпус катушки с обмоткой, прикрепленный к корпусу датчика с размещенными внутри корпуса катушки большим и малым магнитом, большой магнит и малый магнит размещены у центра симметрии катушки, симметрично относительно вертикальной центральной оси катушки под углом к продольной оси корпуса датчика, а подпятник и игольчатый подшипник подшипникового узла выполнены соответственно из стали и износостойкого металла.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен продольный разрез турбинного расходомера, а на фиг.2 - поперечный разрез расходомера с разрезом корпуса катушки по А-А.

Турбинный расходомер для измерения скорости и направления потока содержит корпус датчика 1, в котором размещена ось 2 с прикрепленной к ней крыльчаткой 3 с лопастями из магнитно-мягкого материала. К корпусу датчика 1 присоединен корпус 4 катушки 5 с обмоткой 6. Конический металлический подпятник 7 прикреплен к корпусу датчика 1 с помощью траверс 8. На концах оси 2 расположены игольчатые подшипники 9 из износостойкого металла. В центре катушки 5 установлен большой магнит 10 и малый магнит 11. Магниты 10 и 11 установлены симметрично относительно продольной оси катушки 5 и под углом к продольной оси корпуса датчика 1. Провода обмотки 6 выводятся из корпуса с помощью присоединенной к нему трубки 12.

Турбинный расходомер для измерения скорости и направления потока работает следующим образом. Вращение крыльчатки 3 вследствие воздействия на нее набегающего потока вызывает изменение магнитного поля в магнитной системе, включающей в себя магниты 10 и 11 и магнитно-мягкие лопасти крыльчатки 3. За счет изменения магнитного поля в обмотке 6 индицируется ЭДС. При минимальном расстоянии между лопастью крыльчатки 3 и магнитами 10, 11 величина ЭДС максимальна. При этом частота переменной ЭДС пропорциональна скорости вращения крыльчатки 3, обусловленной скоростью набегающего потока. Наличие в магнитной системе двух магнитов - большого и малого позволяют получить основной и дополнительный импульсы переменной ЭДС, что позволяет определить направление движения потока. В качестве вторичного прибора для записи числа и вида импульсов используется шлейфовый осциллограф. Наибольшая по величине амплитуда импульсов и различие в форме импульсов прямого и обратного хода при прохождении лопастей крыльчатки 3 под магнитами 10, 11 достигаются при расположении магнитов 10, 11 у центра симметрий катушки симметрично относительно вертикальной оси катушки 5 и под углом к продольной оси корпуса датчика 1. Выполнение подшипникового узла в виде стального конического подпятника 7 и игольчатого подшипника 9 из износостойкого металла позволило уменьшить трение в подшипниковом узле и его забивание различного рода включениями. Это обеспечило скорость момента трогания 0,04-0,06 м/с при необходимом ресурсе работы.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы турбинного расходомера за счет повышения его чувствительности при измерении малых скоростей потока за счет увеличения амплитуд сигнала при малых скоростях потока в результате размещения большого и малого магнита в центре катушки, что увеличивает напряженность магнитного поля и величины индуцируемой ЭДС и за счет уменьшения скорости момента трогания подшипникового узла в результате выполнения его подпятника и игольчатого подшипника соответственно из стали и износостойкого материала, что одновременно повышает ресурс работы расходомера в высокотемпературных потоках и при высоком давлении.

Использование: в измерительной технике для измерения скорости и направления потока в парогенерирующем оборудовании АЭС и ТЭС. Сущность изобретения: турбинный расходомер для измерения скорости и направления потока содержит корпус датчика, ось, крыльчатку с лопастями из магнитно-мягкого материала, укрепленную на оси, подшипниковый узел с коническим подпятником и игольчатым подшипником и корпус катушки с обмоткой, прикрепленный к корпусу датчика с размещенными внутри корпуса катушки большим и малым магнитами. Особенность расходомера состоит в том, что в нем большой магнит и малый магнит размещены у центра симметрии катушки, симметрично относительно вертикальной центральной оси катушки, под углом к продольной оси корпуса датчика, а подпятник и игольчатый подшипник подшипникового узла выполнены, соответственно, из стали и износостойкого металла. Благодаря такому выполнению, возможно легко различать импульсы прямого и обратного хода при скоростях потока от 0,04 м/с и выше, при этом увеличивается ресурс работы расходомера. 2 ил.

Турбинный расходомер для измерения скорости и направления потока, содержащий корпус датчика, ось, крыльчатку с лопастями из магнитно-мягкого материала, укрепленную на оси, подшипниковый узел с коническим подпятником и игольчатым подшипником, корпус катушки с обмоткой, прикрепленный к корпусу датчика с размещенными внутри корпуса катушки большим и малым магнитом, отличающийся тем, что большой магнит и малый магнит размещены у центра симметрии катушки, симметрично относительно вертикальной центральной оси катушки, под углом к продольной оси корпуса датчика, а подпятник и игольчатый подшипник подшипникового узла выполнены соответственно из стали и износостойкого металла.